Question

1.52g 铜镁合金完全溶解于50mL 密度为1.40 g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO₂和N₂O₄的混合气体1120 mL（标准状况），向反应后的溶液中加入1.0 mol/L NaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2.54 g沉淀。则

（1）该合金中铜与镁的物质的量之比是__________

（2）该浓硝酸中HNO₃的物质的量浓度是___________mol/L

（3）NO₂和N₂O₄的混合气体中，NO₂的体积分数是_____________

（4）得到2.54 g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是______mL

Answer

（1） 2：1 （2） 14 （3） 80% （4）640

【解析】

试题分析：（1）在Mg、Cu与硝酸反应的过程中，金属都是+2价的金属，金属失去电子的物质的量与硝酸反应得到电子的物质的量相等。金属变为Mg2+、Cu2+，当向反应后的溶液中加入足量的NaOH溶液时，发生反应形成Mg(OH)2、Cu(OH)2沉淀，增加的质量就是OH-的质量，m(OH-)=2.54 g-1.52g=1.02g，n(OH-)=1.02g÷17g/mol=0.06mol，则n(Mg)+n(Cu)=0.03mol，假设Mg的物质的量是x，Cu的物质的量是y，则x+y=0.03mol；24x+64y=1.52g，解得x=0.01mol，y=0.02mol，所以该合金中铜与镁的物质的量之比是0.02mol：0.01mol=2:1；（2）根据物质的量浓度与质量分数换算式，可得该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是；（3）根据在氧化还原反应中金属失去电子的物质的量等于硝酸发生还原反应得到电子的物质的量，等于反应产物结合的氢氧根离子的物质的量。n(e-)=n(OH-)=0.06mol，NO2和N2O4的混合气体1120 mL，物质的量是n=1.12L/22.4L/mol=0.05mol，假设NO2和N2O4的物质的量分别是a、b，则根据电子守恒可得a+2b=0.06mol，根据元素守恒可得a+b=0.05mol。解得a=0.04mol，b=0.01mol，根据可知，在相同外界条件下，气体的体积比等于气体的物质的量的比，所以NO2和N2O4的混合气体中，NO2的体积分数是(0.04mol÷0.05mol)×100%= 80%；（4）50mL 密度为1.40 g/mL、质量分数为63%的浓硝酸中含有硝酸的物质的量是：n(HNO3)=cV=14mol/L×0.05L=0.7mol，当恰好形成沉淀时，溶液为NaNO3溶液，根据元素守恒，可得n(NaOH)=n(HNO3)(酸)=0.7mol-0.04mol-0.01mol×2=0.64mol，故当得到2.54 g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是V=n/c=0.64mol÷1.0 mol/L=0.64L。

【考点定位】考查氧化还原反应方程式的计算的知识。

【名师点睛】在金属与硝酸发生的氧化还原反应中，金属失去电子变为金属阳离子进入溶液，硝酸得到电子，被还原变为氮的氧化物，金属失去电子的物质的量与硝酸发生反应得到电子的物质的量相等；当向反应后的溶液中加入足量烧碱，时金属阳离子恰好形成沉淀时，金属阳离子结合的氢氧根的物质的量与金属失去电子的物质的量相等。溶液为硝酸钠溶液。在反应硝酸的作用是酸性和氧化性，根据氮元素守恒，利用反应产生气体的物质的量及反应过程中转移的电子数目关系可得产生的气体中含有的氮元素原子的物质的量，用硝酸的总物质的量减去气体中氮原子的物质的量就得到硝酸钠的物质的量，进而可得到反应消耗的氢氧化钠的物质的量。可见利用电子守恒、元素的原子守恒可以使复杂的反应计算 简单化。要在今后的学习中加强练习，以求达到巩固和掌握的目的。